【手続補正書】
【提出日】平成18年2月8日(2006.2.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  水平方向に長辺を有する長方形の画面に映像を表示する表示素子と、前記表示素子に表示された映像を投影面に拡大投影する投影光学系とを備え、
前記投影光学系は、４つの光学面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされたプリズムを有し、該プリズムは、入射面を構成する第１１面、該第１１面より入射した光線を内部反射する第１２面、該第１２面で反射された光線を内部反射する第１３面、該第１３面で反射された光線を外部に射出する第１４面からなり、
前記画面の中心を通り前記投影光学系の瞳中心を通る光線を軸上主光線、前記画面の長辺に平行であって前記画面から出る軸上主光線を含む平面を基準面と定義した場合に、前記プリズム中を通る軸上主光線を前記基準面に投影したとき、前記第１１面から前記第１２面に向かう軸上主光線と、前記第１３面から前記第１４面に向かう軸上主光線が前記プリズム内部で交差するように前記４つの光学面が構成され、前記第１２面又は前記第１３面の少なくとも一方は回転非対称な曲面形状であって、光束にパワーを与える曲面形状であり、
前記投影光学系から出る軸上主光線が前記投影面に入射する点における前記投影面の法線に対して、前記投影光学系から出る軸上主光線が角度をなして入射するように、前記投影光学系の各光学面が配置されていることを特徴とする投影型表示装置。
【請求項２】  前記投影光学系は、前記プリズムと、その投影側に絞りを挟んで別のプリズムとを備え、前記別のプリズムは、少なくとも３つの光学面を持ち、その少なくとも３つの光学面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされており、その少なくとも３つの光学面は、入射面と、少なくとも１面の内部反射面と、射出面とからなり、その少なくとも１面の内部反射面は回転非対称な曲面形状であって、光束にパワーを与える曲面形状に構成されていることを特徴とする請求項１記載の投影型表示装置。
【請求項３】  前記別のプリズムは、４つの光学面を持ち、その４つの光学面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされており、その４つの光学面は、入射面を構成する第２１面、第２１面より入射した光線を内部反射する第２２面、第２２面で反射された光線を内部反射する第２３面、第２３面で反射された光線を外部に射出する第２４面からなり、
前記別のプリズム中を通る軸上主光線を前記基準面に投影したとき、前記第２１面から前記第２２面に向かう軸上主光線と、前記第２３面から前記第２４面に向かう軸上主光線が前記別のプリズム内部で交差するする形態のプリズムであって、前記第２２面又は前記第２３面の少なくとも一方は回転非対称な曲面形状であって、光束にパワーを与える曲面形状に構成されていることを特徴とする請求項２記載の投影型表示装置。
【請求項４】  前記プリズムと前記別のプリズムは、前記水平方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項２又は３記載の投影型表示装置。
【請求項５】  前記表示素子と前記投影光学系とは、前記画面に沿う方向であってその画面の短辺方向に相対的に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の投影型表示装置。
【請求項６】  前記画面中央と前記投影面中央を含み、前記投影面に向かって上がっていくように傾いた面に沿って、前記表示素子と前記投影光学系が配置されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の投影型表示装置。
【請求項７】  前記水平方向において前記画面と前記投影面は平行であり、前記水平方向と直交する方向において前記画面と前記投影面は非平行であるように、前記表示素子と前記投影光学系が配置されていることを特徴とする請求項６記載の投影型表示装置。
【請求項８】  前記表示素子の上端中央と前記投影面の下端中央を含む面が水平面となるように、前記表示素子と前記投影光学系が配置されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の投影型表示装置。
【請求項９】  前記水平方向において前記画面と前記投影面は非平行であり、前記水平方向と直交する方向において前記画面と前記投影面は平行であるように、前記表示素子と前記投影光学系が配置されていることを特徴とする請求項８記載の投影型表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶プロジェクターが提案され、実用化されている。この液晶プロジェクターは、液晶パネルを光源からの照明光束により照明している。そして、液晶パネルの透過光又は反射光に基づく映像を、投影レンズ系によりスクリーン又は壁に拡大投影している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
さらに、特許文献３においては、自由曲面プリズムを１つ用いて斜め方向に配置したスクリーンに歪みなく投影できる投影型表示装置が提案されている。この投影型表示装置では、自由曲面プリズムは１つである。この自由曲面プリズムは、光軸がプリズム内においてＺ字状のジクザク光路をとる入射面、２つの反射面及び射出面とからなる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
また、プリズムの全ての光学面と、別のプリズムの全ての光学面が、１つの共通の平面に対して対称な面形状に構成されているようにすることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
また、以上において、投影倍率の変更又はフォーカシングを行うように構成されていることが望ましい。投影倍率の変更又はフォーカシングは、表示素子に対して投影光学系を軸上主光線方向に相対的に移動させることによって行う。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
この場合、軸上主光線９が、投影面８に対して垂直に入射しない。そのため、投影光学系７に回転対称な光学系を用いると、投影像１６に台形状の像歪みが発生する。そこで、本発明では、プリズム１０の第２面１２、第３面１３の少なくとも一方が、回転非対称な曲面形状であって光束にパワーを与える曲面形状をしている。よって、そこで発生する偏心収差により、このような投影像１６の像歪みを補正することができると共に、そのような投影像１６の像歪みが十分に補正された物体面６（以下、「像歪みが十分に補正された物体面６」を単に「物体面６」という。）を広く確保することができる。その結果、この物体面６に表示された表示素子１５の画像を、スクリーン面８の広い範囲にわたって歪みなく拡大投影することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
そして、基準面に投影したとき、プリズム１０内の軸上主光線９が形成する閉じた平面とプリズム２０内の軸上主光線９が形成する閉じた平面とは、重ならない配置が望ましい。これは、プリズム１０とプリズム２０が略水平方向に並ぶ配置を意味する。このように配置すると、投影光学系７の垂直方向の寸法を小型化できる。更に、各光学面１１〜１４、２１〜２４が垂直方向で干渉しない。そのため、偏心収差の自由度が増え、収差を十分に補正した明るく小型な投影光学系７が可能になる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
本実施例では、投影光学系７の面形状も、各面を規定する定義式の原点も対称性を持たないように構成した実施例である。すなわち、投影光学系７を構成する第１偏心プリズム１０、第２偏心プリズム２０の光学面の何れも３面は、回転非対称で対称面を持たない曲面形状に構成されている。そして、基準面（物体面６に配置される表示素子の画面の長辺（水平方向の辺）に平行な面であって、且つ、その画面中心から出る軸上主光線９を含む平面）に対して、投影光学系７から射出する軸上主光線９は角度をなすものである。そして、本実施例は、物体面６で表示素子の縦幅ｄ0 の２倍の範囲ｄi で収差補正に成功した実施例であり、投影画像を２倍の高さまで収差発生することなく移動させることを可能にしたものである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９６】
この実施例において、物体面６とスクリーン面８は、Ｘ−Ｚ断面では非平行で、Ｙ−Ｚ断面では平行である。また、スクリーン面８（逆光線追跡上は物体面）上では、縦×横が９００ｍｍ×６００ｍｍの像高であり、物体面６（逆光線追跡上は像面）上では、縦×横が１５．２４ｍｍ×１０．１６ｍｍの物体高になり、その縦の物体高ｄi が実際の表示素子１５である０．５インチ液晶パネルの画面の縦幅ｄ0 の２倍の大きさである。したがって、物体面６に配置する０．５インチ液晶パネル（縦×横が７．６２ｍｍ×１０．１６ｍｍの物体高）に対して投影光学系７全体を上方に７．６２ｍｍの範囲で平行移動させることにより、スクリーン面８上では同様に投影画面の２倍の高さの範囲で像歪なく投影像を平行移動させることが可能となる。
以下に上記各実施例の数値データを示すが、以下の表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＲＥ”は反射面をそれぞれ示す。なお、逆光線追跡であるので、物体面はスクリーン面８、像面は物体面６である。また、Ｆx 、Ｆy はそれぞれＸ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面内の焦点距離、φは入射瞳（順光線追跡では射出瞳）の径、ＦNOx 、ＦNOy はそれぞれＸ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面内のＦナンバーである。